本发明属于材料制备，具体涉及一种超结构玻璃碳及其制备方法。
背景技术：
1、玻璃碳是一类非晶碳，通常具有较好的力学性能、导电性、生物相容性和化学稳定性，在生物医药、能源、航空航天等领域具有重要的应用价值。当前，玻璃碳的制备方法通常为高分子前驱体在真空或惰性气体下高温热解制得，热解过程会发生较大的体积收缩，容易导致变形、发泡、破碎、裂纹等问题，严重限制了玻璃碳材料的开发及应用。
2、现有的玻璃碳制备及应用严重受到了工艺上的限制，存在收缩不可控、形状结构不均一、微观缺陷等问题。
3、公布号为cn116143519a(20230523)的专利，公开了一种大尺寸医用玻璃碳块体材料的制备方法，然而这种工艺复杂，需要高温高压条件，且原材料需要纳米金刚石，价格昂贵。公布号为cn116495720a(20230728)的专利，公开了一种网状玻璃碳及其制备方法，然而这种方法制备的三维网状结构玻璃碳存在力学性能不足问题，难以在各领域稳定长时间的应用。
4、目前行业内对三维结构玻璃碳的研究还处于探索阶段，然而随着我国能源、航空航天、生物医药等领域的发展，对大尺寸高质量的三维结构玻璃碳的需求却越来越迫切。因此，大尺寸高质量的三维结构玻璃碳的制备工艺亟待开发和改进。
技术实现思路
1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种大尺寸的超结构玻璃碳及其制备方法，以缓解或部分缓解本领域现有技术中存在的不足，具体技术方案如下。
2、一种超结构玻璃碳的制备方法，所述方法包括以下步骤：
3、s01：设计并构建具有三周期极小曲面晶格结构的三维数字模型，所述三维数字模型包括
4、(1)sin(x)sin(y)sin(z)+sin(x)cos(y)cos(z)+cos(x)sin(y)cos(z)+cos(x)cos(y)sin(z)＝0、
5、(2)cos(x)sin(y)+cos(y)sin(z)+sin(x)cos(z)＝0、
6、(3)sin(x)sin(y)sin(z)+sin(2x)sin(y)+sin(2y)sin(z)+sin(2z)sin(x)-co s(x)cos(y)cos(z)+sin(2x)cos(z)+cos(x)sin(2y)+cos(y)sin(2z)＝0
7、或者(4)2(cos(x)cos(y)+cos(y)cos(z)+cos(z)cos(x))–(cos(2x)+cos(2y)+cos(2z))＝0.3；
8、s02：以s01设计构建的三维数字模型作为模板进行3d打印，所述3d打印使用的材料拨款高分子聚合物，得到高分子聚合物支架；
9、s03：将s02得到的所述高分子聚合物支架在真空或惰性气体环境下常压加热至700-3000℃，得到所述超结构玻璃碳。
10、进一步，s02中还包括对得到的所述高分子聚合物支架进行表面修饰，包括对所述高分子聚合物支架表面进行溶剂法处理，以形成表面微纳形貌；或者，在所述高分子聚合物支架表面进行熔盐刻蚀，以形成表面微纳形貌
11、进一步，对所述高分子聚合物支架表面进行溶剂处理的手段包括将所述高分子聚合物支架于常温下在纯水和/或乙醇溶剂中进行浸泡；在所述高分子聚合物支架表面进行熔盐刻蚀的手段包括用氯化钠、氯化钾、氯化镁、氟化钠、氟化钙、氯化锂和/或氯化钙中的一种或多种熔盐于800℃以上处理。
12、进一步，s02中使用的高分子聚合物包括选自呋喃树脂、糠醇树脂、糠酮树脂、酚醛树脂、环氧树脂、聚氨酯、聚酰亚胺、聚乙二醇、丙烯酸树脂和聚丙烯腈的一种或多种。
13、进一步，s02中使用的3d打印包括选自液晶显示屏打印技术(lcd)、数字光处理打印技术(dlp)、双光子打印技术(tpp)、挤压式打印技术(fdw)或粉末激光烧结打印技术等3d打印技术中的至少一种。
14、进一步，s03中使用的惰性气体包括选自氮气、氩气、氦气或氖气等惰性气体或其组合。
15、进一步，所述s03中加热操作步骤为：从室温升温50-100分钟至不超过260℃，进一步升温60-120分钟至不超过360℃，并保温60-120分钟；进一步按照每1-5分钟升温1度，升温至700-3000℃；自然冷却。
16、作为一种优选，所述s03中加热操作步骤为：先从室温升温60分钟至250℃，然后升温100分钟至350℃，保温120分钟，然后按照每2分钟升温1度，升温至700-3000℃，然后自然冷却。
17、进一步，所述加热操作使用的烧结设备包括选自马弗炉、管式炉或热等静压烧结炉等设备。
18、由上述制备方法制备得到的超结构玻璃碳。
19、在一些优选实施方式中，所述超结构玻璃碳的尺寸大于5cm，但并不是限制。
20、在一些优选实施方式中，所述超结构玻璃碳具有均一的多孔结构，所述多孔结构的孔壁厚小于3mm，孔隙率大于50％。
21、在其他一些实施方式中，所述超结构玻璃碳具有不均一的多孔结构。
22、上述超结构玻璃碳在制备骨修复材料中的应用。
23、上述超结构玻璃碳在制备拼配式模块装备中的应用，所述拼配式模块装备为所述超结构玻璃碳与其他材料进行拼配，包括其他金属、高分子材料等。
24、有益技术效果
25、(1)本发明通过三周期极小曲面晶格超结构设计，利用晶格结构优异的热解收缩应力均匀分布的行为，可制备出大尺寸、热解形变可控、结构均一、微观缺陷少的玻璃碳。
26、(2)本发明采用现有的3d打印技术，同时未对玻璃碳支架的制备和热解工艺做过多的改变，在原有的玻璃碳材料上仅仅进行独特的三周期极小曲面的晶格超结构设计，其生产工艺简单，易于实现量产化生产。
27、(3)本发明所制备的玻璃碳支架具有大尺寸，同时具有优异的力学性能和低密度、低电阻、耐高温、耐腐蚀等特性，能够在能源、航空航天和生物医学等领域取得良好的应用。
28、(4)本发明所制备的玻璃碳支架可以进行模块化分割(如图6所示)，可实现装配式的设计，并可和其他金属、高分子材料等材料进行模块化的装配。
29、(5)本发明所制备的玻璃碳支架还可以根据实际应用，进一步对其表面进行修饰，包括对中间产物高分子聚合物支架的表面进行溶剂法处理或在表面进行熔盐刻蚀等，然后再烧结成具备微纳形貌结构的玻璃碳。
1.一种超结构玻璃碳的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，s02中还包括对得到的所述高分子聚合物支架进行表面修饰，包括对所述高分子聚合物支架表面进行溶剂法处理；或者，在所述高分子聚合物支架表面进行熔盐刻蚀。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，对所述高分子聚合物支架表面进行溶剂法处理的手段包括将所述高分子聚合物支架于常温下在纯水和/或乙醇溶剂中进行浸泡；在所述高分子聚合物支架表面进行熔盐刻蚀的手段包括用氯化钠、氯化钾、氯化镁、氟化钠、氟化钙、氯化锂和/或氯化钙中的一种或多种于800℃以上处理。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，s02中使用的高分子聚合物包括选自呋喃树脂、糠醇树脂、糠酮树脂、酚醛树脂、环氧树脂、聚氨酯、聚酰亚胺、聚乙二醇、丙烯酸树脂和聚丙烯腈的一种或多种。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，s02中使用的3d打印包括选自液晶显示屏打印技术、数字光处理打印技术、双光子打印技术、挤压式打印技术或粉末激光烧结打印技术中的至少一种。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，s03中使用的惰性气体包括选自氮气、氩气、氦气和氖气的一种或多种。
7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述s03中加热操作步骤为：从室温升温50-100分钟至不超过260℃，进一步升温60-120分钟至不超过360℃，并保温60-120分钟；进一步每度0.1-5分钟升温至700-3000℃；自然冷却。
8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述s03中加热操作步骤为：先从室温升温60分钟至250℃，然后升温100分钟至350℃，保温120分钟，进一步按照每2分钟升温1度至700-3000℃，自然冷却。
9.由权利要求1-8任一项所述的制备方法制备得到的超结构玻璃碳。
10.权利要求9所述的超结构玻璃碳在制备骨修复材料中的应用；或者，权利要求9所述的超结构玻璃碳在制备拼配式模块装备中的应用。
